vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2016-3-74-84vtio-673Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ФИБРОИНА ШЕЛКА ДЛЯ ЗАЖИВЛЕНИЯ ПОЛНОСЛОЙНОЙ РАНЫ КОЖИ У КРЫСFIBROIN SILK BASED FILMS FOR RAT’S FULL-THICKNESS SKIN WOUND REGENERATIONСафоноваЛ. А.SafonovaL. A.

Биологический факультет

Biological Faculty

БоброваМ. М.BobrovaM. M.

Биологический факультет

Biological Faculty

АгаповаО. И.AgapovaO. I.АрхиповаА. Ю.ArkhipovaA. Yu.

Биологический факультет

Biological Faculty

ГончаренкоА. В.GoncharenkoA. V.

Биологический факультет

Biological Faculty

АгаповИ. И.AgapovI. I.

123182, г. Москва, ул. Щукинская, д. 1

igor_agapov@mail.ruФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, Москва; Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, МоскваРоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artifi cial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow; Moscow State University, MoscowRussian FederationФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, МоскваРоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artifi cial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, MoscowRussian FederationМосковского государственного университета им. М.В. Ломоносова, МоскваРоссияMoscow State University, MoscowRussian Federation2016181120161837484Copyright © Сафонова Л.А., Боброва М.М., Агапова О.И., Архипова А.Ю., Гончаренко А.В., Агапов И.И., 20162016Сафонова Л.А., Боброва М.М., Агапова О.И., Архипова А.Ю., Гончаренко А.В., Агапов И.И.Safonova L.A., Bobrova M.M., Agapova O.I., Arkhipova A.Y., Goncharenko A.V., Agapov I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/673

Цель. Изучение влияния пленок на основе фиброина шелка, полученных методом полива, на процесс заживления полнослойной кожной раны у крыс породы Wistar. Материалы и методы. Было получено 4 вида пленок с общей концентрацией белка 20 мг/мл: пленки из водного раствора фиброина шелка, пленки из раствора фиброина шелка в муравьиной кислоте, пленки из водного раствора фиброина шелка с добавлением 30% коллагена по массе и пленки из раствора фиброина шелка в муравьиной кислоте с добавлением 30% коллагена по массе. Пленки были получены методом полива на поверхности полированного тефлона. Методом сканирующей электронной микроскопии была исследована поверхностная структура пленок. Проведен анализ цитотоксичности полученных изделий на модели мышиных фибробластов линии 3Т3 методом МТТ. Полученные пленки использованы в качестве раневых покрытий для заживления полнослойной кожной раны у крыс породы Wistar. Результаты. Было показано, что поверхность полученных изделий имеет микро- и нанорельеф в виде шероховатостей. В эксперименте по изучению цитотоксичности пленок пролиферативная активность мышиных фибробластов линии 3Т3 увеличивалась в течение 7 дней эксперимента. Полученные изделия ускоряют заживление полнослойной кожной раны крыс породы Wistar в среднем на 25%. Анализ гистологических срезов выявил структурное восстановление кожного покрова, очагов воспаления выявлено не было. Заключение. Полученные изделия не являются токсичными для эукариотических клеток и имеют структуру, оптимальную для адгезии и пролиферации фибробластов. Использование пленок для покрытия полнослойной кожной раны ускоряет ее заживление, что подтверждается гистологическими исследованиями. 

Aim of this study is to research an effect of silk fi broin fi lms fabricated by casting method upon Wistar rat’s full-thickness skin wound regeneration. Materials and methods. 4 different kinds of fi lms with protein concentration equal to 20 mg/ml were fabricated: fi lms from silk fi broin aqueous solution, fi lms from silk fi broin formic acid solution, fi lms from silk fi broin aqueous solution containing 30% collagen by weight, fi lms from silk fi broin formic acid solution containing 30% collagen by weight. All kinds of fi lms were fabricated by casting method on polished Tefl on surface. Scanning electron microscopy was applied to research fi lms’ surface structure. Cytotoxicity test of the fi lms was realized on mouse 3T3 fi broblasts model by MTT assay. Manufactured fi lms were utilized to regenerate full-thickness skin wounds in Wistar rats. Results. It was shown that fi lms’ surface was characterized by micro- and nanorelief in the form of roughness. The proliferative activity of mouse 3T3 fi broblasts increased during 7 days of cytotoxicity test. Fabricated fi lms enlarge the regeneration rate of full-thickness Wistar rat skin wounds an average of 25%. Histological analysis indicated structural skin restoration without any infl ammatory tissue. Conclusion. All fabricated fi lms are non-cytotoxic and characterized by appropriate structure for the adhesion and proliferation of fi broblasts. The application of fi lms for full-thickness skin wound regeneration increases its restoration rate which is confi rmed by histological examination. 

фиброин шелкаколлагенметод поливазаживление полнослойной кожной раныsilk fi broincollagencasting methodfull-thickness skin wound regenerationReferencesBellas E, Seiberg M, Garlick J, Kaplan DL. In vitro 3D full-thickness skin-equivalent tissue model using silk and collagen biomaterials. In Macromol. Biosci. 2012; 12 (12): 1627–1636, doi: 10.1002/mabi.201200262.Bellas E, Seiberg M, Garlick J, Kaplan DL. In vitro 3D full-thickness skin-equivalent tissue model using silk and collagen biomaterials. In Macromol. Biosci. 2012; 12 (12): 1627–1636, doi: 10.1002/mabi.201200262.Karahaliloghu Z, Ercan B, Denkbas EB, Webster TJ. Nanofeatured silk fi broin membranes for dermal wound healing applications. J. Biomed. Mater. Res. A. 2015; 103 (1): 135–144, doi: 10.1002/jbm.a.3516.Karahaliloghu Z, Ercan B, Denkbas EB, Webster TJ. Nanofeatured silk fi broin membranes for dermal wound healing applications. J. Biomed. Mater. Res. A. 2015; 103 (1): 135–144, doi: 10.1002/jbm.a.3516.Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Skaleckij NN, Sevastianov VI. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue mesenchymal stromal cells (in vitro study). J. Biomed. Mater. Res. A. 2015; 103 (2): 463–470, doi: 10.1002/jbm.a.35197.Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Skaleckij NN, Sevastianov VI. The cell-engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue mesenchymal stromal cells (in vitro study). J. Biomed. Mater. Res. A. 2015; 103 (2): 463–470, doi: 10.1002/jbm.a.35197.Bhardwaj N, Sow WT, Devi D, Ng KW, Mandal BB, Cho N-J. Silk fi broin-keratin based 3D scaffolds as a dermal substitute for skin tissue engineering. Integr. Biol. (Camb). 2015; 7 (1): 53–63, doi: 10.1039/c4ib90045f.Bhardwaj N, Sow WT, Devi D, Ng KW, Mandal BB, Cho N-J. Silk fi broin-keratin based 3D scaffolds as a dermal substitute for skin tissue engineering. Integr. Biol. (Camb). 2015; 7 (1): 53–63, doi: 10.1039/c4ib90045f.Мойсенович ММ, Архипова АЮ, Орлова АА, Друцкая МС, Волкова СВ, Захаров СЕ и др. Композитные матриксы на основе фиброина шелка, желатина и гидроксиапатита для регенеративной медицины, и культивирования клеток в трехмерной культуре. Acta Naturae. 2014; 6 (1): 103–109. Moisenovich MM, Arkhipova AY, Orlova AA, Drutskaya MS, Volkova SV, Zacharov SE et al. Composite Scaffolds Containing Silk Fibroin, Gelatin, and Hydroxyapatite for Bone Tis￾sue Regeneration and 3D Cell Culturing. Acta Naturae. 2014; 6: 96–101.Мойсенович ММ, Архипова АЮ, Орлова АА, Друцкая МС, Волкова СВ, Захаров СЕ и др. Композитные матриксы на основе фиброина шелка, желатина и гидроксиапатита для регенеративной медицины, и культивирования клеток в трехмерной культуре. Acta Naturae. 2014; 6 (1): 103–109. Moisenovich MM, Arkhipova AY, Orlova AA, Drutskaya MS, Volkova SV, Zacharov SE et al. Composite Scaffolds Containing Silk Fibroin, Gelatin, and Hydroxyapatite for Bone Tis￾sue Regeneration and 3D Cell Culturing. Acta Naturae. 2014; 6: 96–101.Агапов ИИ, Мойсенович ММ, Дружинина ТВ, Каменчук ЯА, Трофимов КВ, Васильева ТВ и др. Биокомпозитные матриксы из фиброина шелка и наногидроксиапатита для регенерации костной ткани. Доклады Академии наук. 2011; 440 (6): 1–4. Agapov II, Moisenovich MM, Druzhinina TV, Kamenchuk YA, Trofimov KV, Vasilyeva TV et al. Biocomposite scaffolds containing regenerated silk fi broin and nanohydroxyapatite for bone tissue regeneration. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2011; 440: 228–230. doi: 10.1134/ S1607672911050103.Агапов ИИ, Мойсенович ММ, Дружинина ТВ, Каменчук ЯА, Трофимов КВ, Васильева ТВ и др. Биокомпозитные матриксы из фиброина шелка и наногидроксиапатита для регенерации костной ткани. Доклады Академии наук. 2011; 440 (6): 1–4. Agapov II, Moisenovich MM, Druzhinina TV, Kamenchuk YA, Trofimov KV, Vasilyeva TV et al. Biocomposite scaffolds containing regenerated silk fi broin and nanohydroxyapatite for bone tissue regeneration. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2011; 440: 228–230. doi: 10.1134/ S1607672911050103.Efi mov AE, Moisenovich MM, Bogush VG, Agapov II. 3D nanostructural analysis of silk fi broin and recombinant spidroin 1 scaffolds by scanning probe nanotomography. RSC Advances. 2014; 4: 60943–60947, doi: 10.1039/C4RA08341E.Efi mov AE, Moisenovich MM, Bogush VG, Agapov II. 3D nanostructural analysis of silk fi broin and recombinant spidroin 1 scaffolds by scanning probe nanotomography. RSC Advances. 2014; 4: 60943–60947, doi: 10.1039/C4RA08341E.Kim UJ, Park J, Kim HJ, Wada M, Kaplan DL. Three dimensional aqueous-derived biomaterial scaffold from silk fi broin. Biomaterials. 2005; 26: 2775–2785, http:// dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.07.044.Kim UJ, Park J, Kim HJ, Wada M, Kaplan DL. Three dimensional aqueous-derived biomaterial scaffold from silk fi broin. Biomaterials. 2005; 26: 2775–2785, http:// dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.07.044.Hu Y, Zhang Q, You R, Wang L, Li M. The Relationship between Secondary Structure and Biodegradation Behavior of Silk Fibroin Scaffolds. Advances in Materials Science and Engineering. 2012; 2012: 1–5.Hu Y, Zhang Q, You R, Wang L, Li M. The Relationship between Secondary Structure and Biodegradation Behavior of Silk Fibroin Scaffolds. Advances in Materials Science and Engineering. 2012; 2012: 1–5.Chandrakasan G, Torchia DA, Piez KA. Preparation of intact monomeric collagen from rat tail tendon and skin and the structure of the nonhelical ends in solution. J. Biol. Chem. 1976; 251 (19): 6062–6067.Chandrakasan G, Torchia DA, Piez KA. Preparation of intact monomeric collagen from rat tail tendon and skin and the structure of the nonhelical ends in solution. J. Biol. Chem. 1976; 251 (19): 6062–6067.Kjaer M. Role of extracellular matrix in adaptation of tendon and skeletal muscle to mechanical loading. Physiol. Rev. 200:, 84 (2): 649–698.Kjaer M. Role of extracellular matrix in adaptation of tendon and skeletal muscle to mechanical loading. Physiol. Rev. 200:, 84 (2): 649–698.Mosmann T. Rapid Colorimetric Assay for Cellular Growth and Survival: Application to Proliferation and Cytotoxicity Assays. J. Immunol. Methods. 1983; 65 (1–2): 55–63.Mosmann T. Rapid Colorimetric Assay for Cellular Growth and Survival: Application to Proliferation and Cytotoxicity Assays. J. Immunol. Methods. 1983; 65 (1–2): 55–63.Rajkhowa R, Levin B, Redmond SL, Li LH, Wang L, Kanwar JR et al. Structure and properties of biomedical fi lms prepared from aqueous and acidic silk fi broin solutions. J. Biomed. Mater. Res. A. 2011; 97 (1): 37–45, doi: 10.1002/jbm.a.33021.Rajkhowa R, Levin B, Redmond SL, Li LH, Wang L, Kanwar JR et al. Structure and properties of biomedical fi lms prepared from aqueous and acidic silk fi broin solutions. J. Biomed. Mater. Res. A. 2011; 97 (1): 37–45, doi: 10.1002/jbm.a.33021.Moisenovich MM, Pustovalova OL, Shackelford J, Vasiljeva TV, Druzhinina TV, Kamenchuk YA et al. Tissue regeneration in vivo within recombinant spidroin 1 scaffolds. Biomaterials. 2012; 15 (33): 3887–3898. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.02.013.Moisenovich MM, Pustovalova OL, Shackelford J, Vasiljeva TV, Druzhinina TV, Kamenchuk YA et al. Tissue regeneration in vivo within recombinant spidroin 1 scaffolds. Biomaterials. 2012; 15 (33): 3887–3898. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.02.013.Ni S, Sun L, Ercan B, Liu L, Ziemer K, Webster TJ. A mechanism for the enhanced attachment and proliferation of fi broblasts on anodized 316L stainless steel with nano-pit arrays. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2014; 102 (6): 1297–1303, doi: 10.1002/jbm.b.33127.Ni S, Sun L, Ercan B, Liu L, Ziemer K, Webster TJ. A mechanism for the enhanced attachment and proliferation of fi broblasts on anodized 316L stainless steel with nano-pit arrays. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2014; 102 (6): 1297–1303, doi: 10.1002/jbm.b.33127.Сафонова ЛА, Боброва ММ, Агапова ОИ, Котлярова МС, Архипова АЮ, Мойсенович ММ, Агапов ИИ. Биологические свойства пленок из регенерированного фиброина шелка. Современные технологии в медицине. 2015; 7 (3): 6–13. Safonova LA, Bobrova MM, Agapova OI, Kotliarova MS, Arkhipova AYu, Moisenovich MM, Agapov II. Biological properties of regenerated silk fi broin fi lms. Modern Technologies in Medicine. 2015; 7 (3): 6–13. [English abstract].Сафонова ЛА, Боброва ММ, Агапова ОИ, Котлярова МС, Архипова АЮ, Мойсенович ММ, Агапов ИИ. Биологические свойства пленок из регенерированного фиброина шелка. Современные технологии в медицине. 2015; 7 (3): 6–13. Safonova LA, Bobrova MM, Agapova OI, Kotliarova MS, Arkhipova AYu, Moisenovich MM, Agapov II. Biological properties of regenerated silk fi broin fi lms. Modern Technologies in Medicine. 2015; 7 (3): 6–13. [English abstract].Kundu B, Rajkhowa R, Kundu CS, Wang X. Silk fi broin biomaterials for tissue regenerations. Adv. Drug Deliv. Rev. 2013; 65: 457–470, doi: 10.1016/j.addr.2012.09.043.Kundu B, Rajkhowa R, Kundu CS, Wang X. Silk fi broin biomaterials for tissue regenerations. Adv. Drug Deliv. Rev. 2013; 65: 457–470, doi: 10.1016/j.addr.2012.09.043.Gil ES, Panilaitis B, Bellas E, Kaplan DL. Functionalized Silk Biomaterials for Wound Healing. Adv. Healthc. Mater. 2013; 2: 206–217, doi: 10.1002/adhm.201200192.Gil ES, Panilaitis B, Bellas E, Kaplan DL. Functionalized Silk Biomaterials for Wound Healing. Adv. Healthc. Mater. 2013; 2: 206–217, doi: 10.1002/adhm.201200192.Luangbudnark W, Viyoch J, Laupattarakasem W, Surakunprapha P, Laupattarakasem P. Properties and Biocompatibility of Chitosan and Silk Fibroin Blend Films for Application in Skin Tissue Engineering. The Sci World J. 2012; 2012: 1–10, doi: 10.1100/2012/697201.Luangbudnark W, Viyoch J, Laupattarakasem W, Surakunprapha P, Laupattarakasem P. Properties and Biocompatibility of Chitosan and Silk Fibroin Blend Films for Application in Skin Tissue Engineering. The Sci World J. 2012; 2012: 1–10, doi: 10.1100/2012/697201.Vasconcelos A, Gomes AC, Cavaco-Paulo A. Novel silk fi broin/elastin wound dressings. Acta Biomater. 2012; 8 (8): 3049–3060, doi: 10.1016/j.actbio.2012.04.035.Vasconcelos A, Gomes AC, Cavaco-Paulo A. Novel silk fi broin/elastin wound dressings. Acta Biomater. 2012; 8 (8): 3049–3060, doi: 10.1016/j.actbio.2012.04.035.Cen L, Liu W, Cui L, Zhang W, Cao Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Application. Pediatr. Res. 2008; 63 (5): 492–496, doi: 10.1203/PDR.0b013e31816c5bc3.Cen L, Liu W, Cui L, Zhang W, Cao Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Application. Pediatr. Res. 2008; 63 (5): 492–496, doi: 10.1203/PDR.0b013e31816c5bc3.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.